DE4237764C1 - Verfahren zur Regelung der Drehzahlen von angetriebenen Rädern eines Schienenfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Regelung der Drehzahlen von angetriebenen Rädern eines Schienenfahrzeugs

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Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Regelung der Drehzahlen von angetriebenen Rädern eines Schienenfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren ist durch die DE 36 08 603 A1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden die Drehzahlen der Räder eines nachlaufenden Fahrwerks abhängig von den Drehzahlen der Räder eines vorlaufenden Fahrwerks und den unterschiedlichen Motorströmen aufgrund der unterschied­ lichen Raddurchmesser ermittelt.
Bei Schienenfahrzeugen, deren Räder elektromotorisch angetrieben werden, sind die Raddrehzahlen abhängig von den Drehzahlen der jeweiligen Antriebsmotoren. Fährt ein derartiges Schienenfahrzeug z. B. aus einem Kreisbogen in eine Gerade ein, dann drehen sich die Räder des nachlaufenden Fahrwerks schneller als die Räder des vorlaufenden Fahrwerks. Dadurch arbeiten die Antriebsmotoren der nachlaufenden Räder, die sich noch im Kreisbogen befinden, möglicherweise generatorisch, wohingegen die Antriebsmotoren der vorlaufenden Räder, die sich bereits auf der Geraden befinden, überlastet werden können, in jedem Fall aber mehr Energie benötigen. Darüber hinaus können Gleit- und Schleudervorgänge auftreten, die zu einem erhöhten Verschleiß an Rad und Schiene führen und eine entsprechende, den Fahrkomfort beeinträchtigende Geräuschentwick­ lung hervorrufen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung der Drehzahlen von angetriebenen Rädern eines Schienenfahrzeugs anzugeben, bei dem ein generatorischer Betrieb der Antriebsmotoren bei den jeweils nachlaufenden Rädern zuverlässig verhindert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Solldrehzahl nIIsoll der Räder des nachlaufenden Fahrwerks abhängig von der Istdrehzahl nIist des vorlaufenden Fahrwerks sowie von der Istdrehzahl nIIist des nachlaufenden Fahrwerks gemäß der Beziehung
ermittelt, wobei mit nIsoll die Solldrehzahl der Räder des vorlaufenden Fahrwerks bezeichnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle befahrbaren Gleis-Steckenführungen geeignet. Befährt sowohl das vorlaufende als auch das nachlaufende Fahrwerk eine Gerade, dann sind beide Istdrehzahlen gleich und die Solldrehzahl nIIsoll der Räder des nachlaufenden Fahrwerks ist gleich der Solldrehzahl nIsoll der Räder des vorlaufenden Fahrwerks. Befindet sich das Fahrzeug vollständig in einem Kreisbogen mit konstantem Radius, dann sind wiederum beide Istdrehzahlen nIist und nIIist und damit die Solldrehzahlen nIsoll und nIIsoll gleich groß.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also genau dann, wenn durch eine Änderung im Streckenverlauf eine höhere Drehzahl bei den Rädern des nachlaufenden Fahrwerks erforderlich ist, eine entsprechende Drehzahlaussteuerung bei den Antriebsmotoren der nachlaufenden Räder vorgenommen. Dadurch wird der generatorische Betrieb der nachlaufenden Antriebsmotoren mit den eingangs geschilderten Nachteilen zuverlässig verhindert.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei allen Schienenfahrzeugen, unabhängig davon, wie das Fahrwerk ausgebildet ist, angewandt werden. Sind mehrere Räder in einem gemeinsamen Fahrwerk angeordnet, z. B. als Einzelräder oder als gemeinsam auf einer Achse angeordneten Radpaare, dann können bei dem vorlaufenden und dem nachlaufenden Fahrwerk aus mehreren Rädern bzw. Radpaaren zunächst Radblock-Drehzahlen oder mittlere Fahrwerks-Drehzahlen ermittelt werden, um diese dann entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 1 zu regeln. Eine besonders genaue Regelung erhält man bei Einzelradantrieben, da in diesem Fall beide Schienen eines Gleises getrennt betrachtet werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Istwert der Räder des vorlaufenden Fahrwerks auf einen gewünschten Sollwert geregelt. Mittels dieses Sollwertes wird der Sollwert für die Räder des nachlaufenden Fahrwerks errechnet. Auf diesen errechneten Sollwert wird die Drehzahl der Räder des nachlaufenden Fahrwerks geregelt.
Bei einem Verfahren nach Anspruch 2 werden in vorteilhafter Weise bei den Rädern des nachlaufenden Fahrwerks antriebsseitig unzulässig hohe Drehzahlen vermieden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines X-Y-Diagramms der Schiene mit einem vor- und einem nachlaufenden Einzelrad erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 ein vorlaufendes und mit 2 ein nachlaufendes Einzelrad eines Schienenfahrzeugs bezeichnet. Beide Einzelräder 1 und 2 laufen in einem Abstand a (Abstand der Radaufstandspunkte P₁ und P₂ der Einzelräder 1 und 2) auf der rechten Schiene 3; für die nicht darge­ stellte linke Schiene gelten die nachfolgenden Ausführungen analog. Die Schiene 3 geht von einem Kreisbogen mit einem Radius r um einen Mittelpunkt M im Geradenanfangspunkt A in eine Gerade über.
Das vorlaufende Einzelrad 1 befindet sich bereits vollständig in der Geraden, wohingegen das nachlaufende Einzelrad 2 noch im Kreisbogen läuft. Die an den Radauf­ standspunkt P₂ des Einzelrades 2 und an den Geraden­ anfangspunkt A geführten Radien r schließen hierbei einen Winkel δ ein. Für das vorlaufende Einzelrad 1 ergibt sich damit gegenüber der Fahrzeuglängsachse (in der Zeichnung ist eine dazu parallele Achse 4 eingezeichnet) ein Auslenkwinkel α; analog ergibt sich für das nachlaufende Einzelrad 2 ein Auslenkwinkel β. In der dargestellten Fahrzeugposition sind die Auslenkwinkel α und β unterschiedlich.
Der in Richtung der Fahrzeug-Längsachse zeigende Vektor der Fahrzeuggeschwindigkeit vFahrzeug ergibt sich damit zu
vFahrzeug = v₁ · cosα,
vFahrzeug = v₂ · cosβ,
wobei mit v₁ die Geschwindigkeit des vorlaufenden Einzel­ rades 1 und mit v₂ die Geschwindigkeit des nachlaufenden Einzelrades 2 bezeichnet sind.
Die Geschwindigkeiten v₁ und v₂ sind hierbei proportional zu den Istdrehzahlen n1ist bzw. n2ist ihrer Antriebsmotoren. Man erhält somit die Beziehung:
n1ist · cosα = n2ist · cosβ
und daraus die Gleichung
Zur Regelung der Drehzahl des nachlaufenden Einzelrades 2 werden erfindungsgemäß anstelle der Auslenkwinkel α und β die Istdrehzahlen n1ist und n2ist des vorlaufenden Einzelrades sowie des nachlaufenden Einzelrades 2 erfaßt.
Die Erfassung der Rad-Istdrehzahlen kann hierbei auf bekannte Weise durch mechanische oder elektromechanische Sensorelemente erfolgen. Winkelgeber zur Erfassung der Auslenkwinkel sind bei der erfindungsgemäßen Drehzahl- Regelung also nicht erforderlich. Darüber hinaus ist eine Messung der Rad-Istdrehzahlen n1ist bzw. n2ist einfacher und genauer als die Erfassung der Auslenkwinkel α und β durch­ führbar.
Durch die Erfassung der Istdrehzahlen am vorlaufenden Einzelrad 1 und am nachlaufenden Einzelrad 2 kann beim Bremsen des Schienenfahrzeugs ein Gleiten und beim Beschleunigen ein Schleudern der angetriebenen Einzelräder 1 und 2 zuverlässig vermieden werden. Die Geschwindigkeiten v₁ und /oder v₂ der Einzelräder 1 und 2 sind bei Gleit- oder Schleudervorgängen nicht mehr proportional zur entsprechenden Rad-Istdrehzahl n1ist bzw. n2ist. Beim Gleiten sind z. B. v₁ und v₂ ungleich Null, wohingegen n1ist bzw. n2ist gleich Null sind.
Um einen zuverlässigen Schutz gegen Schleudern zu erreichen, darf der Quotient n2ist/n1ist den Grenzwert qc nicht überschreiten bzw. den Grenzwert 1/qc nicht unter­ schreiten. Ein schleuderfreier Lauf der angetriebenen Einzelräder 1 und 2 ist also durch die Beziehung
definiert.
Ein Unterschreiten des Grenzwertes 1/qc führt beim vorlaufenden Einzelrad 1 zum Schleudern. Beim Überschreiten des Grenzwertes qc schleudert das nachlaufende Einzelrad 2.
Der Grenzwert qc ist eine fahrzeugspezifische Größe und wird vom Abstand a der Radaufstandspunkte P₁ bzw. P₂ der Einzelräder 1 und 2 bzw. vom Abstand der Fahrwerksdrehpunkte sowie durch den kleinsten für das Fahrzeug zulässigen Kurvenradius rmin bestimmt.
Ausgehend von der Gleichung
erhält man mit
und mit δ = δ₁
für den Grenzwert qc.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Drehzahlverhältnis ausschließlich aus der Drehzahl der angetriebenen Räder bestimmt. Dieses Verfahren ist genauer als eine Ermittlung des Drehzahlverhältnisses aus nichtangetriebenen, von den angetriebenen Rädern entfernt angeordneten Laufrädern.
Aufgrund der vorstehenden Erläuterungen ist es evident, daß die für Einzelräder gemachten Ausführungen analog auch für mehrere, gemeinsam in einem Fahrwerk angeordnete Räder gelten. In diesem Fall kann das Verfahren anstelle der Drehzahlen n₁ und n₂ der Einzelräder 1 bzw. 2 mit einer Rad­ block-Drehzahl bzw. einer gemittelten Drehzahl nI für die Räder des vorlaufenden Fahrwerks und einer entsprechenden Drehzahl nII für die Räder des nachlaufenden Fahrwerks ausgeführt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Regelung der Drehzahlen von angetriebenen Rädern eines Schienenfahrzeugs mit wenigstens einem vorlaufenden und einem nachlaufenden Fahrwerk, die gegenüber einer Fahrzeug-Längsachse um einen Auslenkwinkel (α bzw. β) auslenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Solldrehzahl (nIsoll) der Räder (1) des vorlaufenden Fahrwerks und aus der Istdrehzahl (nIIist) der Räder (2) des nachlaufenden Fahrwerks sowie aus der Istdrehzahl (nIist) der Räder (1) des vorlaufenden Fahrwerks gemäß der Beziehung die Solldrehzahl (nIIsoll) der Räder (2) des nachlaufenden Fahrwerks gebildet wird, wobei die Drehzahlen Radblock- Drehzahlen oder mittlere Fahrwerksdrehzahlen darstellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahl-Grenzwertes durch die Räder (2) des nachlaufenden Fahrwerks der Sollwert für die Drehzahl nI der Räder (1) des vorlaufenden Fahrwerks nunmehr der Sollwert für die Drehzahl nII der Räder (2) des nachlaufenden Fahrwerks bildet (nIsoll= nIIsoll) und der modifizierte Sollwert n′Isoll für die Drehzahl der Räder (1) des vorlaufenden Fahrwerks gemäß der Beziehung eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Istdrehzahl nIist der Räder (1) des vorlaufenden Fahrwerks sowie die Istdrehzahl nIIist der Räder (2) des nachlaufenden Fahrwerks gemäß der Beziehung geregelt wird, wobei mit qc ein fahrzeugspezifischer Grenzwert bezeichnet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19651897A1 (de) * 1996-12-13 1998-06-18 Erich Riethmueller Gemeinsames Antriebs-, Brems- und Lenkungssystem für elektrisch getriebene Fahrzeuge
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EP0936125A3 (de) * 1998-02-10 2000-03-22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Spurführung von Achseinheiten eines Schienenfahrzeugs und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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